طراحی، شبیه سازی و بهینه سازی سوئیچ خازنی میکروالکترومکانیکی RF به منظور کاهش ولتاژ تحریک

بالا بودن ولتاژ تحریک یکی از مهم ترین محدودیت های سوییچ های RF MEMS است. یکی از روش های کاهش ولتاژ تحریک، کاهش ثابت فنری در ساختار سوییچ است. در این مقاله ثابت فنری سوییچ RF MEMS با روش انرژی مدل شده و ثابت فنری آن به صورت تحلیلی به دست آمده است. نتیجه این تحلیل یک راهنمای طراحی است که حداقل میزان مجاز ثابت فنری را نشان می دهد. سپس ساختار جدیدی با ولتاژ تحریک بسیار پایین برای سوییچ های RF MEMS ارایه می شود که محدودیت فوق در آن رعایت شده است. نتایج تحلیل، مقدار ثابت فنری 0.0714 نیوتن بر متر و مقدار ولتاژ تحریک1.61ولت را نشان می دهد. به منظور ارزیابی عملکرد ساختار ارایه شده و صحه گذاری نتایج تحلیل، سوییچ طراحی شده با استفاده از نرم افزار COMSOL شبیه سازی شده است. نتایج این شبیه سازی، ولتاژ تحریک 1.8 ولت، زمان سوییچینگ 25.6میکروثانیه، فون مایسس 4.5 مگا پاسکال، فرکانس طبیعی 3118.6 هرتز، جرم آن 0.206 نانوگرم و درنهایت ثابت فنر 0.079 نیوتن بر متر را نشان می دهد. جنس پل و بیم ها از طلا است و از Si3N4 به عنوان دی الکتریک استفاده شده است. درنهایت، عملکرد فرکانس بالای سوییچ طراحی شده با استفاده از نرم افزار HFSS شبیه سازی شده است. این شبیه سازی، ایزولاسیون 25 دسی بل، اتلاف عبوری 0.7 دسی بل و اتلاف بازگشتی 16 دسی بل را در فرکانس 10 گیگاهرتز نشان می دهد.